Aufgrund des demographischen Wandels steigen die Anforderungen an Gelenkprothesen hinsichtlich Ihrer Lebensdauer immens an. Die Hauptursachen für das Versagen der Hüftprothese stellen die aseptische Lockerung sowie die Migration der Prothese dar. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Berechnungsmethodik zur Modellierung der Prothesenmigration. Hierbei wurde eine Berechnungssubroutine zur Ermittlung der aufgrund des Knochenumbaus auftretenden Migration der Prothese in das Knochengewebe erstellt und in ein Knochen-Prothesen-Verbund-FE-System implementiert. Zur Berücksichtigung einer durch die Verschiebung des Gelenkzentrums hervorgerufenen Lastkollektivänderung wurde ein Mehrkörpersimulationsmodell in die erarbeitete Berechnungsmethodik implementiert. Ferner stellt die Konzeptionierung eines umformtechnischen Verfahrens für die Herstellung von teilindividualisierten Prothesen einen weiteren Fokus dieser Arbeit dar. Die mittels hydraulischer Umformung hergestellte Prothese stellt eine potentielle Alternative zu den konventionellen Prothesen für die primäre Versorgung von Patienten mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Vermeidung der aseptischen Lockerung und Migration dar.
Aktualisiert: 2020-03-09
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Aufgrund des demographischen Wandels steigen die Anforderungen an Gelenkprothesen hinsichtlich Ihrer Lebensdauer immens an. Die Hauptursachen für das Versagen der Hüftprothese stellen die aseptische Lockerung sowie die Migration der Prothese dar. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Berechnungsmethodik zur Modellierung der Prothesenmigration. Hierbei wurde eine Berechnungssubroutine zur Ermittlung der aufgrund des Knochenumbaus auftretenden Migration der Prothese in das Knochengewebe erstellt und in ein Knochen-Prothesen-Verbund-FE-System implementiert. Zur Berücksichtigung einer durch die Verschiebung des Gelenkzentrums hervorgerufenen Lastkollektivänderung wurde ein Mehrkörpersimulationsmodell in die erarbeitete Berechnungsmethodik implementiert. Ferner stellt die Konzeptionierung eines umformtechnischen Verfahrens für die Herstellung von teilindividualisierten Prothesen einen weiteren Fokus dieser Arbeit dar. Die mittels hydraulischer Umformung hergestellte Prothese stellt eine potentielle Alternative zu den konventionellen Prothesen für die primäre Versorgung von Patienten mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Vermeidung der aseptischen Lockerung und Migration dar.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Um den Belastungen der Umformwerkzeuge zu begegnen und den Schmierstoffeinsatz zu verringern, werden die Werkzeuge mit einer Kombination aus Gleitschichten und Hartstoffschichten geschichtet. Im Prozess kommt es mit steigender Flächenpressung und mit fallender Relativgeschwindigkeit zum sukzessiven Abtrag der Gleitschichten. Daher sollen die Zyklen zur Neubeschichtung vorausberechnet werden.
Der fortschreitende Verschleiß wird anhand der Verschleißmarkenbreite, der Oberflächenrauheit der Bleche und den ausgewerteten Reibkräften bewertet. Auf dieser Basis wird eine Standmengenfunktion aufgestellt, die das Verschleißverhalten der Schicht in Abhängigkeit der verschieden Parameter beschreibt.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Beim Knickbauchen bei Raumtemperatur führen lokale Spannungen und hohe Umformgrade oft zu Rissen in der Umformzone. Das wird durch die vorherige, lokale Erwärmung vermieden. Gleichzeitig können die Umformkräfte in Abhängigkeit der Temperatur bis zu 50% reduziert werden. Neben einer höheren ertragbaren Zugbelastung der Knicke verbessert sich auch das Verhalten bei Torsionsbelastung deutlich.
Eine neu entwickelte Methode, nach der sich die Knickposition am Halbzeug durch die Erwärmung beeinflussen lässt, ermöglicht die Herstellung vorkonfektionierter Halbzeuge mit definierten Umformzonen, die unter axialer Last einen Knick bilden, während der Rest des Rohrs unbeeinflusst bleibt. Rohre dieser Art lassen sich mit sehr geringem Werkzeugeinsatz flexibel weiterverarbeiten.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Erkenntnisse zum grundlegenden Prozess, zu realisierbaren Verbindungen und bezüglich ihrer Güte gesammelt. Die Ergebnisse bestätigen das große Potenzial des Knickbauchens als Fügetechnologie und zeigen auf, dass dieses Verfahren eine sinnvolle Möglichkeit zum Verbinden von Rohren und Blechen darstellt. Im direkten Vergleich mit konventionellen, insbesondere thermischen Fügeverfahren, können hierdurch in vielen Fällen technologische und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.
Anhand einer umfangreichen Prozessanalyse wurden für das Knickbauchen geometrische und physikalische Einflussgrößen identifiziert und deren Auswirkung auf das Prozessergebnis bewertet. Durch systematische numerische, experimentelle und analytische Untersuchungen der Haupteinflussparameter wurde ein umfangreiches Prozessverständnis erarbeitet. Für den Werkstoff E235+N konnten hierbei Prozessgrenzen und Prozesskräfte ermittelt und grundlegende Zusammenhänge mathematisch beschrieben werden. Die Verwendung bezogener Größen ermöglichte eine Übertragung auf weite Abmessungsbereiche.
Aktualisiert: 2019-10-09
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